田间玉米秸秆体外消化及微生物青贮的发酵特性

石 战，夏 辉

（南阳农业职业学院，河南南阳 473000）

我国每年大约生产9亿t农作物秸秆，其中30%是玉米秸秆。玉米秸秆收获后一般要保持新鲜，含有适合动物饲料的营养成分。目前，至少有30%的玉米秸秆被用于动物生产或造纸，而其余的通常在田间焚烧或粉碎后还田。因此，如何有效利用玉米秸秆资源来保存发酵饲料已成为全球（特别是我国）迫切需要研究的课题。青贮是饲料加工利用的一种有效方法，玉米秸秆青贮是广泛应用的反刍动物饲料。但玉米收获后，随着暴露时间的延长，玉米秸秆水分和养分减少，木质化增加，导致动物消化率下降（丁健等，2018）。乳酸菌和纤维素酶在青贮饲料制备中被广泛应用，乳酸菌在帮助发酵和防止腐败方面起重要作用，而纤维素酶是分解纤维素的生物催化剂，其中纤维素分解产物为水溶性碳水化合物，乳酸菌可利用其促进发酵（王增煌等，2017）。因此，本研究利用乳酸菌和纤维素酶对田间不同暴露时间的玉米秸秆进行青贮，并评估其体外消化率和发酵特性。

1 材料与方法

1.1 试验原料制备 玉米秸秆在自然条件下暴露在田间，分别在暴露 0、2、4、8、15、30 和 60 d后制备青贮料。称取乳酸菌（105个/g））、纤维素酶（40 mg/kg）、乳酸菌+纤维素酶溶解于20 mL蒸馏水中，均匀喷洒于玉米秸秆上。玉米秸秆被切成1～2 cm的长度，然后装入6 L的塑料筒仓。青贮密度为550±20.0 g/L，青贮温度为10～25℃。发酵45 d后，每组选择3个仓进行化学成分、发酵质量和体外消化率分析。

1.2 化学成分及体外消化率测定 用常规养分分析方法测定新鲜和青贮玉米秸秆的粗蛋白质、干物质、有机物、中性洗涤纤维等成分。参考Huang等（2013）的方法分析能量含量。干物质、有机物、粗蛋白质和总能的体外消化率（IVDMD、IVOMD、IVCPD、IVGED）参 考 Filya等（2006）的方法。

1.3 发酵特性 每种青贮样品称取20 g，用180 mL蒸馏水在搅拌机中均质1 min，然后按照Owens等（1999）的方法，样品过四层纱布过滤，滤液用于测定pH、氨氮和有机酸含量。

1.4 统计分析 试验数据均采用SAS软件进行分析，首先采用单因素方差分析对玉米秸秆的暴露时间、乳酸菌和纤维素酶处理因素进行分析，再采用Duncan’s法进行多重比较，P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 田间玉米秸秆化学成分及体外消化率 由表1和表2可知，新鲜玉米秸秆在0 d时干物质、粗蛋白质、中性洗涤纤维和水溶性碳水化合物含量分别为21.9%、9.0%、64.5%、8.4%，随着田间暴露时间的增加，玉米秸秆中干物质、有机物、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和酸性洗涤木质素含量显著增加（P＜0.05），而粗蛋白质、水溶性碳水化合物、消化能、代谢能、泌乳净能、维持净能、生长净能和缓冲力显著降低（P＜0.05）。

暴露60 d时，粗蛋白质、水溶性碳水化合物和消化能分别下降到5.0%、3.4%和8.0 MJ/kg。随着田间暴露时间的增加，玉米秸秆干物质、有机物、粗蛋白质和总能体外消化率显著降低（P＜ 0.05）。

2.2 乳酸菌和纤维素酶处理对青贮玉米秸秆化学成分及体外消化率的影响 由表3和表4可知，随着田间暴露时间的增加，粗蛋白质、总能、消化能、代谢能、维持净能、泌乳净能和生长净能含量显著降低（P＜0.05），中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和酸性洗涤木质素含量显著升高（P＜0.05）。

纤维素酶处理对青贮玉米秸秆中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、消化能、维持净能、泌乳净能和生长净能含量具有显著影响（P＜0.05），同时暴露天数和乳酸菌处理对干物质、有机物和粗蛋白质的影响具有显著交互作用（P＜0.05）。

2.3 乳酸菌和纤维素酶处理对青贮玉米秸秆发酵质量的影响 由表5可知，各处理的青贮料保存良好，pH均在4.10以下。随着田间暴露时间的增加，玉米秸秆青贮饲料pH显著升高（P＜0.05），丙酸含量显著降低（P＜0.05）。在乳酸菌处理条件下，纤维素酶处理和乳酸菌+纤维素酶处理的青贮饲料pH低于对照组（P＜0.05）。乳酸菌处理和暴露天数对乳酸、乙酸、丁酸和氨氮含量的影响具有显著交互效应（P＜0.05）。

表1 田间玉米秸秆的化学成分和缓冲力 %，mEq/kg

表2 田间玉米秸秆能量和体外消化率 MJ/kg，%

表3 乳酸菌和纤维素酶处理对青贮玉米秸秆化学成分的影响 %

表4 乳酸菌和纤维素酶处理对青贮玉米秸秆能量的影响 MJ/kg

表5 乳酸菌和纤维素酶处理对青贮玉米发酵质量的影响 %

3 讨论

玉米秸秆中的水溶性碳水化合物和粗蛋白质含量随暴露时间的增加而显著降低，这是由于饲料营养物质损失，包括非纤维性糖。Sun等（2019）报道，新鲜玉米秸秆含有较高的乳酸菌和水溶性碳水化物，青贮饲料发酵良好，养分损失最小，体外消化率良好，但干秸秆无此结果。随着玉米秸秆在田间暴露时间的增加，粗蛋白质和能量体外消化率也下降。因此，新鲜玉米秸秆具有适宜的青贮特性，玉米收获后应立即进行青贮处理。

本研究中，纤维素酶处理后青贮玉米秸秆中中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量明显低于对照组，因为纤维素酶主要降解植物纤维，增加了作为乳酸菌底物的水溶性碳水化合物含量，进而改善青贮质量（Waroon等，2017）。玉米秸秆经乳酸菌处理后，其化学成分无显著变化，且在相同的暴露时间内各处理间的化学成分相似。评价发酵质量的因素包括附生乳酸菌和发酵产物的特性。植物附带的乳酸菌可以降低pH，抑制细菌活性，改善青贮饲料发酵品质。因此，优质青贮饲料发酵反应过程的蛋白质降解形成非蛋白氮、氨氮和挥发性脂肪酸，极大地保护了青贮料中粗蛋白质和粗脂肪的损失（Cao等，2016）。

在纤维素酶处理的青贮饲料中，代谢能和维持净能含量高于对照组，而中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维低于对照组。这一结果表明，纤维素酶既能降低难以消化的纤维素，又能改善饲料消化和代谢。值得注意的是，由于玉米秸秆的粗蛋白质和有效能值较低，在应用时不能单独用作饲料。玉米秸秆暴露时间、乳酸菌和纤维素酶处理显著影响有机物和总能水平，表明乳酸菌和纤维素酶对改善青贮玉米秸秆的化学成分和发酵质量具有显著效果。Contreras-Govea等（2009）报道，高纤维水平通常会导致干物质体外消化率降低。本研究发现，青贮玉米秸秆的干物质、粗蛋白质和总能体外消化率低于未青贮的玉米秸秆，且随着玉米秸秆在田间暴露时间的升高，干物质和有机物体外消化率降低，这与Santos等（2015）的研究结果一致。

4 结论

新鲜玉米秸秆具有一定的营养水平，是良好的青贮原料。玉米秸秆在田间暴露时营养物质会损失。乳酸菌和纤维素酶青贮处理改善了秸秆的发酵质量和体外消化率。